揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理工藝及裝置的製作方法

2023-07-21 07:24:51 1

專利名稱：揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理工藝及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境保護技術領域，特別涉及一種揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理工藝及裝置。
背景技術：
隨著石油工業的發展，汽油、柴油等揮發性有機物(VOCs)和半揮發性有機物(SVOCs)在土壤環境中的汙染日益增多。它們主要來自溢油事故，如輸油管線的破裂，儲槽的滲漏，以及地下儲油罐的洩漏問題等。另外，隨著化工工業的發展，苯、甲苯和四氯化碳等各種VOCs對土壤造成的汙染也逐漸增多，如化工廢棄物和化學藥劑的隨意傾倒，化工廠的洩漏，化學品運輸中的事故等。這些汙染物可產生許多環境問題對土壤理化性質產生影響；威脅地下水源的水質安全；汙染空氣；由於烴氣積累於建築物地下室而造成爆炸危險；洩漏烴化合物使與其接觸的公用地下管網設施加速老化等。目前對VOCs和SVOCs汙染土壤的場外治理是將汙染土壤挖出，再進行後續處理，所使用的方法有填埋、焚燒、水力衝洗和生物處理。但這些方法都存在各自的缺點填埋雖然處理簡單，但費用昂貴，還可能面臨二次處理；焚燒雖然處理效果好，但處理設備複雜，費用昂貴，還可能產生二次汙染；水力衝洗浪費嚴重，處理效果不理想，需要處理衝洗水；生物處理周期長，處理效果不理想，還可能產生二次汙染。因此，開發經濟有效的VOCs和SVOCs汙染土壤場外治理技術成為亟待解決的課題。經檢索，未發現相關的公開專利。

發明內容
本發明的目的在於提供一種揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理工藝及裝置。其特徵在於所述被汙染土壤場外治理裝置的構成包括裝填被汙染土壤的土筒13；氣體抽排裝置由打有花孔的氣體抽排井1通過穿壁管19和真空表3連接，並通過管道2和抽排氣取樣裝置4、尾氣活性炭吸附去除裝置5，流量調節閥7，氣體流量計6、流量調節閥7和真空泵8串聯組成；控溫加熱裝置為由插入汙染土壤的溫度傳感器9通過溫度控制儀10和繼電器11連接，加熱帶12分層埋入土筒13內的汙染土壤14中，並和繼電器11連接。
所述氣體抽排裝置是在氣體抽排井1內，其上部的膨脹水泥17將下部裝有豆石16和通氣的氣體管道20固定在中央，其上部連接水泥表封蓋18，氣體管道20的上口連接穿壁管19構成。
所述揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理工藝為首先，將被揮發性和半揮發性有機物汙染的土壤從汙染現場挖出，然後分層(每層約2cm高)均勻裝填入處理裝置，要保證各處的堆積密度相同；再啟動真空泵8，緩慢開啟流量調節閥7，使氣體流量計6的讀數達到抽排氣體流量的預定值，這時從真空表3讀出氣體抽排井1中的真空壓力值。在真空泵工作時，由於外界大氣壓強高於抽排井1內壓強，新鮮空氣從大氣中不斷地進入汙染土壤中，形成了朝抽排井方向運動的氣體流場，促進土壤所吸附的有機汙染物的揮發並將其蒸氣帶入氣體抽排井1，再經過氣體管道2輸送到尾氣活性炭吸附去除裝置5過濾，最後排放出符合大氣排放標準的尾氣。從氣體取樣裝置4中採集有機汙染物蒸氣，通過測定其濃度可衡量汙染土壤的淨化程度是否達到設計治理標準。最後，將經過處理的土壤回填到原汙染場址或作為它用。
如汙染物的揮發性較弱，可使用控溫加熱系統對汙染土壤進行加熱，提高其汙染物的揮發性。啟動真空泵後接通加熱電源，使加熱帶12對汙染土壤進行加熱，同時通過埋設在汙染土壤中的溫度傳感器9將信號傳給溫度控制儀10，控制汙染土壤的加熱溫度當溫度超過設定溫度時，溫度控制儀指令繼電器11將加熱電源斷開，停止電熱帶對土壤的加熱；當溫度下降到低於設定溫度時，溫度控制儀指令繼電器將加熱電源合上，再次給土壤加熱。通過這種方式，本控溫加熱系統可控制土壤溫度保持基本恆定在所設定的溫度。
本發明的有益效果是能方便快速、經濟有效地對VOCs和SVOCs汙染土壤進行場外治理，可控制土壤溫度保持基本恆定在所設定的溫度，提高其汙染物的揮發性。經過處理的土壤可回填到原汙染場址或作為它用。


圖1為本發明裝置結構示意圖。
圖2為土筒壁周結構示意圖。
圖3為氣體抽排井結構示意圖。
具體實施例方式
本發明提供一種揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理工藝及裝置。該被汙染土壤場外治理裝置的構成包括裝填被汙染土壤的土筒13；氣體抽排裝置由打有花孔的氣體抽排井1通過穿壁管19和真空表3連接，並通過管道2和抽排氣取樣裝置4、尾氣活性炭吸附去除裝置5，流量調節閥7，氣體流量計6、流量調節閥7和真空泵8串聯組成；控溫加熱裝置為由插入汙染土壤的溫度傳感器9通過溫度控制儀10和繼電器11連接，加熱帶12分層埋入土筒13內的汙染土壤14中，並和繼電器11連接。
其氣體抽排裝置是在氣體抽排井1內，其上部的膨脹水泥17將下部裝有豆石16和通氣的氣體管道20固定在中央，其上部連接水泥表封蓋18，氣體管道20的上口連接穿壁管19構成。
所述揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理工藝為首先，將被揮發性和半揮發性有機物汙染的土壤從汙染現場挖出，然後分層(每層約2cm高)均勻裝填入處理裝置，要保證各處的堆積密度相同；再啟動真空泵8，緩慢開啟流量調節閥7，使氣體流量計6的讀數達到抽排氣體流量的預定值，這時從真空表3讀出氣體抽排井1中的真空壓力值。在真空泵工作時，由於外界大氣壓強高於抽排井1內壓強，新鮮空氣從大氣中不斷地進入汙染土壤中，形成了朝抽排井方向運動的氣體流場，促進土壤所吸附的有機汙染物的揮發並將其蒸氣帶入氣體抽排井1，再經過氣體管道2輸送到尾氣活性炭吸附去除裝置5過濾，最後排放出符合大氣排放標準的尾氣。從氣體取樣裝置4中採集有機汙染物蒸氣，通過測定其濃度可衡量汙染土壤的淨化程度是否達到設計治理標準。最後，將經過處理的土壤回填到原汙染場址或作為它用。
如汙染物的揮發性較弱，可使用控溫加熱系統對汙染土壤進行加熱，提高其汙染物的揮發性。啟動真空泵後接通加熱電源，使加熱帶12對汙染土壤進行加熱，同時通過埋設在汙染土壤中的溫度傳感器9將信號傳給溫度控制儀10，控制汙染土壤的加熱溫度當溫度超過設定溫度時，溫度控制儀指令繼電器11將加熱電源斷開，停止電熱帶對土壤的加熱；當溫度下降到低於設定溫度時，溫度控制儀指令繼電器將加熱電源合上，再次給土壤加熱。通過這種方式，本控溫加熱系統可控制土壤溫度保持基本恆定在所設定的溫度。
格為半徑50cm×高75cm，土筒13上有一塊PVC的蓋板，可用銅螺絲和橡皮墊將蓋板與筒體密封結合。在距筒底70cm處的筒壁上焊接一段內外均突出5cm的外徑Φ20mm的穿壁鋼管19，便於連接氣體管道2。在土筒13壁周上，從距筒底5cm到50cm處，每上下間隔5cm，左右間隔10cm，菱形排列，開10排Φ7mm的氣孔15，如圖2所示，以便空氣同時從汙染土壤頂部和側面均勻進入，並在孔眼處焊120目(孔徑0.125mm)鋼紗網，防止汙染土壤從孔眼漏出。土筒13內填入的汙染土壤的總高度為0.6m，即處理的汙染土壤總體積為0.471m3，總重量為740kg。
氣體抽排裝置在土筒13中心位置製作一口直徑6mm的氣體抽排井1(如圖1、圖3所示)；氣體管道2使用外徑Φ20mm的ABS塑料硬管和內徑Φ20mm的塑料軟管，連接裝置各部分；真空表量程為-0.1MPa～0Pa；抽排氣取樣裝置定做一套ABS塑料的螺絲和配套螺母，螺絲為Φ12mm×45mm，螺母的外徑為Φ20mm，且帶平底。在螺絲和螺母的縱向開Φ5mm的貫穿孔，將Φ10mm的氣相色譜專用進樣密封橡皮墊平放入螺母底部，再將螺絲旋進螺母至夾緊橡皮墊，然後將螺母塗上ABS塑料專用膠，插入粘牢在Φ20mm的ABS塑料三通的垂直端接口內，密封連接到氣體管道；尾氣活性炭吸附去除裝置定製加工一個內徑Φ60mm×高30cm的有機玻璃柱，柱內裝填有顆粒活性炭；氣體流量計型號為LZB-15，量程為0.4～4m3/h；真空泵2XZ-4型旋片真空泵，抽氣速率為41/s，極限真空為6×10-2Pa。
控溫加熱裝置在不鏽鋼土筒13外壁，從底部到高度為60cm處均勻間隔纏繞上5條加熱帶，共7圈，對土筒13內的土壤進行加熱。為了防止加熱帶產生的熱量被周圍的空氣帶走而耗散，同時也為了土筒1 3內的土壤保溫，在加熱帶的外層包裹兩圈耐高溫且隔熱的石棉氈。在土筒13的土壤中埋設兩個溫度傳感器9，溫度傳感器和溫度控制儀型號PT100，XMTD-3002，工作範圍0-99.9℃；繼電器型號NC3(CJ46)-09交流接觸器，額定絕緣電壓690V，約定發熱電流16A；加熱帶其中4條加熱帶的電壓為220V，功率為640W的，規格為50mm×4000mm，另一條加熱帶的功率為960W，規格為50mm×6000mm。
汙染土壤的治理效果利用本發明，處理含有正戊烷(C5H12)的汙染土壤，汙染物在土壤中的初始含量為1692mg/kg。由於C5H12揮發性較強，因此未使用控溫加熱系統加熱汙染土壤，即汙染土壤為常溫(25℃)，治理效果很好，見表1。
表1本發明治理汙染土壤的效果土壤溫度處理時間初始含量處理後含量土壤治理標準去汙率汙染物揮發性(℃)(min) (ppm)(ppm) (ppm) (％)C5H12較強 25 6601692 3.1 50 99.8C8H18較弱 50 660247.48.7 50 96.5注ppm為mg汙染物/kg土壤；土壤治理標準按美國環保局制定的相關標準。
權利要求
1.一種揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理裝置，其特徵在於所述被汙染土壤場外治理裝置的構成包括裝填被汙染土壤的土筒(13)、氣體抽排裝置由打有花孔的氣體抽排井(1)通過穿壁管(19)和真空表(3)連接，並通過管道(2)和抽排氣取樣裝置(4)、尾氣活性炭吸附去除裝置(5)，流量調節閥(7)，氣體流量計(6)、流量調節閥(7)和真空泵(8)串聯組成；控溫加熱裝置為由插入汙染土壤的溫度傳感器(9)通過溫度控制儀(10)和繼電器(11)連接，加熱帶(12)分層埋入土筒(13)內的汙染土壤(14)中，並和繼電器(11)連接。
2.根據權利要求1所述揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理裝置，其特徵在於所述氣體抽排裝置是在氣體抽排井(1)內，其上部的膨脹水泥(17)將下部裝有豆石(16)和通氣的氣體管道(20)固定在中央，其上部連接水泥表封蓋(18)，氣體管道(20)的上口連接穿壁管(19)構成。
3.根據權利要求1所述揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理裝置，其特徵在於所述汙染土壤分層均勻裝填入處理裝置的每層高1.5-3cm，要求保證各處的堆積密度相同。
4.一種揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理方法，其特徵在於所述揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理工藝為首先，將被揮發性和半揮發性有機物汙染的土壤從汙染現場挖出，然後分層均勻裝填入處理裝置，要保證各處的堆積密度相同；再啟動真空泵(8)，緩慢開啟流量調節閥(7)，使氣體流量計(6)的讀數達到抽排氣體流量的預定值，這時從真空表(3)讀出氣體抽排井(1)中的真空壓力值，在真空泵工作時，由於外界大氣壓強高於抽排井(1)內壓強，新鮮空氣從大氣中不斷地進入汙染土壤中，形成了朝抽排井方向運動的氣體流場，促進土壤所吸附的有機汙染物的揮發並將其蒸氣帶入氣體抽排井(1)，再經過氣體管道(2)輸送到尾氣活性炭吸附去除裝置(5)過濾，最後排放出符合大氣排放標準的尾氣，從氣體取樣裝置(4)中採集有機汙染物蒸氣，通過測定其濃度可衡量汙染土壤的淨化程度是否達到設計治理標準；最後，將經過處理的土壤回填到原汙染場址或作為它用。
5.根據權利要求1或5所述揮發性和半揮發性有機物汙染土壤場外治理方法，其特徵在於所述被揮發性和半揮發性有機物汙染土壤的汙染物的揮發性較弱時，使用控溫加熱裝置對汙染土壤進行加熱，提高其汙染物的揮發性，啟動真空泵後接通加熱電源，使加熱帶(12)對汙染土壤進行加熱，同時通過埋設在汙染土壤中的溫度傳感器(9)將信號傳給溫度控制儀(10)，控制汙染土壤的加熱溫度保持在25-75℃的基本恆定溫度。
全文摘要
本發明公開了一種揮發性和半揮發性有機物汙染土壤的場外治理工藝及其裝置。其工藝為將汙染土壤挖出，裝填入本發明裝置，然後通過真空泵在抽排井中形成一定的真空度，將新鮮空氣不斷地引入汙染土壤，促進土壤所吸附的汙染物的揮發並將其蒸氣帶走。如汙染物的揮發性較弱，可對汙染土壤進行加熱，提高汙染物的揮發性。其裝置由抽排氣路裝置的抽排井和控溫傳感器及加熱裝置埋入土筒內組成。本發明能快速經濟地對揮發性有機物(VOCs)汙染土壤和常規方法難以處理的半揮發性有機物(SVOCs)汙染土壤進行場外治理，減少了危險廢物填埋量，節約了處理成本，經過處理的土壤可回填到原汙染場址或作為它用。
文檔編號B09C1/00GK1586747SQ200410056888
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月30日 優先權日2004年8月30日
發明者李金惠, 劉文波, 聶永豐 申請人:清華大學